光電效應當電子從外界獲得能量時將會跳到較高的能階，獲得的能量越多跳的能階也越高，電子處在較高的能階時并不穩(wěn)定，很快就會把獲得的能量釋放回到原來的能階。如果電子獲得的能量夠高就擺脫原子核的束縛成為自由電子，電子空出來的位置則稱為空穴。半導體光電器件是把光和電這兩種物理量聯(lián)系起來，使光和電互相轉化的新型半導體器件。自由電子可能會因為摩擦或碰撞等因素損失能量，后受到空穴的吸引而復合。例如，硅的外層電子要成為自由電子需要吸收1.1ev的能量，當硅外層電子吸收到的光能量超過1.1ev時將會產(chǎn)生自由電子及空穴

稱之為光生電子空穴對(light-generatedelectron-holepairs)。電子空穴對的數(shù)目越多導電的效果也越好，因為光使得導電效果變好的現(xiàn)象稱之為光導效應(photoconductiveeffect)。自由電子與空穴的多寡對電氣特性有很大的影響，越多的自由電子與空穴可以使導電性增加，同時也可以使輸出電流增加，因此可以推測陽光越強時生成的自由電子與空穴越多，則輸出電流也越大。主要用于下述幾個方面：能源----硅光電池串聯(lián)或并聯(lián)組成電池組與鎳鎘電池配合、可作為人造成衛(wèi)1星、宇宙飛船、航標燈、無人氣象站等設備的電源。然而如果只是單純的產(chǎn)生自由電子與空穴，將會因為摩擦及碰撞等因素失去能量，后自由電子會與空穴復合而無法利用。

為更有效的利用由電子與空穴來產(chǎn)生電流，因此必須加入電場使自由電子與空穴分離進而產(chǎn)生電流。1產(chǎn)生電場的方式很多如PN接面、金屬半導體接面等，其中1常用的方式為PN接面。提高自由電子濃度常用的方法是在硅中加入少量的五價原子，五價原子的四個價電子與硅鍵結后剩下一個價電子，使剩下的價電子游離只需要0.05ev，比原來的1.1ev小很多，在室溫超過200度k時即可使所有雜質產(chǎn)生自由電子，同樣在硅中加入少量的三價原子可以提高空穴濃度。光電耦合器又是光電開關，這種光電開關不存在繼電器中機械點易疲勞的問題，可靠性很高。

只有當光照射pn結時才能使耗盡層內產(chǎn)生載流子(電子-空穴對)，載流子被結內電場加速形成光電流。利用該原理制成的光電二極管稱為耗盡層光電二極管。耗盡層光電二極管有pin層、pn層、金屬-半導體型、異質型等CCD(Charge Coupled Device)即電荷耦合器件，通過輸入面上光電信號逐點的轉換、儲存和傳輸，在其輸出端產(chǎn)生一時序信號。隨著科技的進步，CCD技術日臻完善，已廣泛用于安全防范、電視、工業(yè)、通信、遠程教育、可視網(wǎng)絡1電話等領域。當光信號強度發(fā)生變化時，陰極發(fā)射的光電子數(shù)目相應變化，由于各倍增極的倍增因子基本上保持常數(shù)，所以陽極電流亦隨光信號的變化而變化，此即光電倍增管的簡單工作過程。